米曲霉(Aspergillus oryzae)属于好氧性丝状真菌,其菌落生长快,质地疏松,最初为白色,后变为黄绿、绿色或深绿色(图1)。分生孢子起初呈现椭圆形或洋梨形,待成熟后大多转变为球形或者近球形。分生孢子头呈放射状存在,少数为疏松柱形(图2)[1]。
米曲霉(Aspergillus oryzae)属于好氧性丝状真菌,其菌落生长快,质地疏松,最初为白色,后变为黄绿、绿色或深绿色(图1)。分生孢子起初呈现椭圆形或洋梨形,待成熟后大多转变为球形或者近球形。分生孢子头呈放射状存在,少数为疏松柱形(图2)[1]。
米曲霉已被美国食品药品监督管理局FDA认证为普遍安全菌株(GRAS)。在我国,米曲霉主要用作酿造食品酱、酱油和各类酒,也可用于生产各类益生素、有机酸、各类动物饲料、酶制剂等。在众多工业化生产菌株中,米曲霉占有重要地位[2]。
米曲霉固体发酵培养时间长,且反应条件不易控制,重复性较差,而液体发酵培养时间相对较少,反应条件容易实时监控,易于工业扩大化生产[3]。
本文采用迪必尔生物的CloudReady™云平台平行生物反应器,验证了不同碳源对米曲霉培养的工艺优化。结果显示,在发酵培养对数期时,玉米糊精对米曲霉的菌体生长更有利。但是在放罐时(112h),以葡萄糖和玉米粉为复合碳源的罐体呈现了最优的结果,菌体湿重达到602.3g/L,为所有实验组的最高水平。本研究可为丝状真菌的液体发酵提供数据支持。
实验菌种:
米曲霉(As 3.863)购自广东省微生物菌种保藏中心。种子液孢子数:2.35×107个/mL,接种量5%。
实验设备:
迪必尔生物CloudReady™1.5L×4云平台平行生物反应器。
工艺参数条件:见表2
本次培养周期为112h,其中在66h时,四个罐体自动同步开始流加(2ml/h,50%葡萄糖)补料,且在89h后,自动同步增加补料速度(15ml/h,50%葡萄糖)。
以玉米糊精为碳源的R1和R2,在40-64h期间,菌体湿重分别增加231.4g/L和211.1g/L,达到最大值。但是在流加补糖后,其增长速度逐渐缓慢,甚至R2呈下降趋势,这有可能是由于此时间段,碳源不同,导致米曲霉的代谢途径不同,以至于消耗葡萄糖的速度不一致,产生糖阻遏现象。
从整体的结果可知,以葡萄糖和玉米粉为复合碳源的R4,在放罐时,菌体湿重最高,达到602.3g/L。这表明,在该补料速度的情况下,该复合碳源更适合米曲霉菌体的增殖。但是以玉米糊精为碳源的R1和R2的潜力不可忽视,除去补料速度对其产生的影响因素,玉米糊精对米曲霉的菌体增殖效果更加明显,如果根据其自身的耗糖速度进行补料速度的策略调整后,最终结果也是不可小觑的。
本次实验基于CloudReady™1.5L×4云平台平行生物反应器具有良好的平行性这一优势,进行了不同碳源或复合碳源的筛选(图6),米曲霉的菌体湿重从40.2g/L增长至602.3g/L,同时,我们也得到验证,米曲霉在发酵培养对数期时,玉米糊精更有利于菌体生长。
图6 T&J CloudReady™1.5L×4平行生物反应器
迪必尔生物 应用技术与工程研究中心CARE 管志欣供稿
参考文献
[1]孟广超.基于ARTP技术筛选高产氨肽酶米曲霉菌株及发酵和酶解条件优化的研究[D].郑州大学,2021.DOI:10.27466/d.cnki.gzzdu.2021.002649
[2]刘琪聪.米曲霉蛋白酶与异源蛋白表达水平关系的研究[D].江西科技师范大学,2022.DOI:10.27751/d.cnki.gjxkj.2022.000136
[3]王浩,卢梓荧,谭颖斯等.响应面法优化米曲霉液体发酵生产中性蛋白酶工艺[J].中国酿造,2017,36(12):40-45.